Naam auteur: Frank Meijs

De stralingshoek (ook wel openingshoek of lichtbundel genoemd) van een (LED) lamp is de mate waarin het licht van een lichtbron gespreid wordt. Hieronder vijf voorbeelden van de stralingshoek van lampen: Wat is de stralingshoek precies? De stralingshoek is gedefinieerd als die hoek waar het licht nog maar 50% is van het punt waar het meeste licht komt. Meestal is dat het centrum van de lichtbundel, maar niet altijd. In de tekening hiernaast zie je dat bij de punten waar 50% staat vermeld. Maar . . . het getal van stralingshoek zegt niets over het gebied van het strooilicht. In het voorbeeld in de tekening is de stralingshoek 30 graden. Maar waar de lichtsterkte tot 0 % is gedaald is helemaal niet af te leiden uit de stralingshoek. Die 0% kan zijn bereikt bij 40 graden, maar het zou ook bij 150 graden kunnen zijn.     Menselijke perceptie van lichtsterkte Wij mensen hebben hele speciale ogen. We hebben lichtsensoren (staafjes) die heel goed werken bij zeer weinig licht (b.v. bij maanlicht), maar die niet goed zijn in kleuren. Andere lichtsensoren (kegeltjes) zijn geschikt voor veel licht en kunnen ook veel kleuren onderscheiden, maar tegelijk zijn we niet even gevoelig voor alle kleuren. Ook kunnen we goed omgaan met extreem grote helderheidsverschillen van wel 1.000.000.000 keer, welke camera kan dat? Maar ons oog kan dat niet meteen, het heeft maximaal 30 minuten nodig om dat verschil te overbruggen. Stap van een zonnige ruimte in een erg donkere kamer en je ervaart gewoon dat het een tijdje duurt voordat ons oog zich aan heeft gepast aan het andere lichtniveau. We zijn ook slecht in lichtsterktes vergelijken. Als bv. een lamp nog maar 10% van de hoeveelheid licht geeft, ervaren we dat als nog steeds 32 % lichthoeveelheid. Dus als bij een bepaalde stralingshoek de lichthoeveelheid is gedaald tot 10%, ervaren we dat het slechts gedaald is naar 32% en bij een daling naar nog maar 1%, ervaren we dat als nog 10% lichthoeveelheid, raar maar waar. Dat laat goed zien hoe perfect ons oog is ingericht om onder heel veel lichtomstandigheden toch goed te zien. Hierdoor worden we betreft de stralingshoek (openingshoek) op het foute been gezet, we ervaren de opgegeven stralingshoek heel anders dan de meetapparatuur. Het is dus niet dat de meting (of fabrieksopgave) fout is, maar beide methoden gebruiken andere instrumenten en schaalverdelingen (oog, meter).  Meting stralingshoek Hang een lamp op in een volledig donkere kamer. Zoek met de lichtmeter de plek waar het meeste licht op schijnt. Kantel dan de lamp steeds weer een stukje verder en meet de lichthoeveelheid op exact dezelfde plek. En dat moet je doen in allerlei richtingen! Dat is dus effe wat werk!Hiernaast zie je het resultaat van zo’n meting. Deze is uitgevoerd door Olino.org en daarbij is onze GU10 8 watt lamp met een stralingshoek van 16 graden gemeten.Wat zien we nu eigenlijk hier?Op de verticale as zien we de relatieve lichtsterkte t.o.v. het maximale niveau (1.0). De schaalverdeling loopt steeds met een factor 0,1 op, tot het maximum van 1. Op de horizontale schaal zie je steeds de kantelhoek van de lamp. De LED lamp is steeds weer 1 graad verder gekanteld en het lichtniveau is weer gemeten. Dan gaan we op de verticale as kijken waar staat 0,5. Dat is het punt waar het licht nog maar 50% is van het maximale lichtniveau. Dan trekken we een lijntje horizontaal totdat we tegen een zwarte verticale lijn komen, vanaf dat punt gaan we dan naar beneden. In deze grafiek komen we dan op de horizontale as uit bij 8 graden. De LED lamp is dan 8 graden gekanteld, waarbij dus het lichtniveau nog maar 50% is. Voor de stralingshoek moet de lamp ook precies de andere kant op gekanteld worden. Dan komen bij deze meeting uit bij een stralingshoek van 16 graden. En nu wordt het nog ingewikkelder, als het lichtniveau nog maar 50% is, gemeten met een licht meter, dan ervaren wij het lichtniveau nog als ongeveer 75%. Dit verschil wordt veroorzaakt door het non-lineaire karakter van ons oog. Maar de stralingshoek op zich is niet zo heel belangrijk. Het gaat er natuurlijk over wat de diameter is van de lichtcirkel op een bepaalde afstand! Op de tabel rechts kun je aflezen hoe groot de diameter van de lichtcirkel is op een bepaalde afstand. Onder de kolom gemarkeerd met een m. zie je de afstand van de lamp tot een object. Onder de kolom C0-180 zie je de diameter van de lichtcirkel, waar dus de lichtsterkte nog maar de helft is van die in het midden.Op een afstand van 1 meter heeft de cirkel een doorsnede van 0,3 meter en op een afstand van 2 meter is de doorsnede 0,5 meter. En dat dus bij de lamp met een stralingshoek van 16 graden.Hierboven de grafiek van de grootte van de diameter van de lichtkegel bij de GU10 8 watt lamp met een stralingshoek van 16 graden op verschillende afstanden. Dit is de grafiek van deze lamp: LED Lamp 12V, 3W, Warmwit, MR11, dimbaar. De lamp heeft een stralingshoek van 35 graden. Dit is de grafiek van een lamp met een stralingshoek van 49 graden. Wat opvalt is dat op 1 meter afstand de lichthoeveelheid op een oppervlak 707 Lux is en op 4 meter afstand is het nog maar 44 Lux.

Verwarrend is dat, die termen, Lux en Lumen, ze lijken zo op elkaar. En bij LED lampen lijken ze ineens belangrijker te zijn dan bij gloeilampen. Dat komt omdat de hoeveelheid licht bij LED lampen per Watt zo anders is dan bij gloeilampen dat we ze niet meer goed kunnen vergelijken. Vandaar dat de EU heeft gezegd: op alle (LED en gloei/halogeen) lampen moet de hoeveelheid Lumen staan, want dat is de maat voor de hoeveelheid licht die uit een lamp komt. Om Lux en Lumen wat duidelijker te maken: stel je een zaklantaren voor. Je schijnt met die zaklamp op een muur die zich 10 cm voor de zaklamp bevind. Laat dan het licht schijnen op een muur die 10 meter ver weg is. Wat valt je dan op? De lichtvlek op de muur met een afstand van 10 cm is veel feller en veel kleiner dan op de muur die 10 meter ver weg staat. Toch is de hoeveelheid licht die uit de zaklamp komt niet veranderd, het is precies dezelfde zaklamp, toch? Lumen Dat is de totale hoeveelheid licht die uit de zaklamp komt. Het gaat dus over alle licht dat uit de zaklamp komt, niet alleen dat gedeelte dat tegen de muur aan schijnt en ongeacht hoever weg die muur nu is. Lux Dat is de hoeveelheid licht die op een gedefinieerd oppervlak valt. In het voorbeeld hierboven de hoeveelheid licht op de muur die op 10 cm afstand staat of op de muur van 10 meter ver weg. Waarden Lumen en Lux Lumen: de Lumen van een lamp wordt gemeten in een fotometrie laboratorium met speciale apparatuur, die de hoeveelheid licht, richting en kleur meet die een lamp uitstraalt. Deze waarden worden dan vertaalt naar Lumen, daarbij rekening houdend met de lichtgevoeligheid van het menselijke oog voor verschillende kleuren.Lux: Als al het licht van een lamp van 1000 lumen valt op een oppervlak van 1m2, dan is de lux waarde op dat oppervlak 1000 Lux. Afstand en Lux waarde In het voorbeeld met de zaklamp was het al duidelijk dat de afstand tot de lichtbron erg belangrijk is voor de hoeveelheid licht die op een voorwerp valt. Deze lichthoeveelheid neemt kwadratisch af met de afstand. Stel de afstand is 1 meter tussen lamp en voorwerp, en je maakt de afstand 2 meter, twee keer de afstand. Dan is de lichthoeveelheid op het oppervlak niet gehalveerd, maar is nog slechts 1/4 (het 2r vlak in de tekening). maak je de afstand 3 meter, dan is de hoeveelheid licht op het oppervlak nog slechts 1/9 (het 3r vlak). Hoeveel Lux nodig? De hoeveelheid licht die je nodig hebt hangt sterk van de taak af. Als het licht alleen bedoeld is dat je nergens tegen aan botst heb je veel minder licht nodig dan een chirurg tijdens een operatie die alle variaties van rood goed moet zien.  Lux Soort gebied of activiteit 30 Loopzones en werkgebieden buiten 100 Loopzones, eenvoudige oriëntatie of korte bezoeken 150 Kamers die niet voortdurend gebruikt worden voor werkdoeleinden  300 Visueel eenvoudige taken 500 Gemiddelde visuele taken 750 Visueel veeleisende taken (veel details) 1000 Taken met moeilijke visuele eisen (zeer veel details) 1500 Taken met speciale visuele eisen 2000 Zeer inspannende visuele taken Voor je keuken of woonkamer is een waarde van 500 Lux geschikt, dan kan je alles goed zien. Als je rustig in je woonkamer gezellig wilt zitten met vrienden, dan is 300 Lux ook heel goed. Maar als je met gevaarlijke zaagmachines bezig bent en precies wilt meten waar de zaagsnede in het hout moet komen, is 700 lux of meer beter.  Hoe bereken je de LUX waarde? Uit het bovenstaande is het duidelijk dat de lichthoeveelheid van de lamp, samen met de afstand van de lamp tot het werkvlak bepaald hoeveel licht op het voorwerp valt dat we willen zien (keukenblad, vloer, tafel, bureau). Op iedere lamp staat tegenwoordig hoeveel lumen er uit komt. Aan de hand van deze lumen waarde kan je dan een ruwe schatting maken hoeveel lux er op het tafelblad zal vallen. Er zijn ook apps voor je smartphone die de Lux waarde kunnen meten, als je eenmaal de LED lampen hebt geïnstalleerd. Licht professionals hebben speciale programma’s, die gebruik maken van gegevens van lampen als stralingspatroon, kleur licht en de lumen waarde en aan de hand daarvan berekenen hoeveel lux er op de vloer, muur en/of werkblad valt. Daarbij moet de volledige ruimte in het programma ingevoerd worden met de reflectie eigenschappen, afmetingen en kleur van de muren, vloer en plafond word vastgelegd omdat het gereflecteerde licht ook invloed heeft op de Lux waarde op een bepaalde plek. Dat is redelijk arbeidsintensief.

Er is veel verwarring welke capaciteit nu precies nodig is voor een transformator waar LED lampen op worden aangesloten. Elektrische eigenschappen van LED lampen Een LED verbruikt in de eerste minuten dat hij aan is tot 20% meer stroom (een kwaliteit LED 5%, mindere goden tot 20%). De transformator moet die extra capaciteit kunnen leveren. Basis schema schakelende voeding Als de rode schakelaar wordt gesloten gaat er een stroom lopen (Iaan) door de spoel (L) en door de belasting (Rb). Een spoel bouwt langzaam een magnetisch veld op en de stroom sterkte gaat daarmee gelijk op. Bij een bepaalde stroom staat er op Uuit de gewenste uitgangsspanning en zal door een elektronisch circuit de schakelaar S weer geopend worden. Nu zal het opgebouwde magnetische veld in de spoel ervoor zorgen dat de stroom Iuit gaat lopen, totdat het magnetische veld bijna is uitgeput. Als de spanning op Uuit onder een bepaalde waarde zakt, zal de rode schakelaar weer worden gesloten en wordt het magnetische veld in de spoel weer opgebouwd. Deze schakelaar S wordt elektronisch bediend met een frequentie die hoger is dan 25 Khz en duty cycle van ongeveer 50%. Door het open en dicht gaan van de schakelaar loopt er soms een stroom en soms niet. Dat zijn de pieken. De LED lampen voor 12V hebben een driver ingebouwd. Deze bevat een schakelende voeding. Een eigenschap hiervan is dat deze het benodigde vermogen niet continue afneemt, maar in pieken. Dit wordt veroorzaakt door een elektrische schakelaar in de voedingsleiding van de driver die een spoel van stroom/spanning voorziet. Deze schakelaar wordt met een frequentie boven de 20 Khz aan en uit gezet. Hoe groot deze pieken zijn hangt helemaal af van het ontwerp van de driver. Per merk lamp kunnen deze pieken dus groter of kleiner zijn. Stel je hebt een 12 Volt 3 Watt lamp, dat betekent een stroom van 0,25 Ampere. Maar de schakelaar is ongeveer de helft van de tijd maar gesloten. In die tijd zal de stroom ongeveer 0,5 A moeten zijn, om toch de 3 Watt te leveren.  De transformator moet deze pieken dus ook kunnen leveren. Advies LED lampen We gaven tot 2015 als advies om voor de transformator een overcapaciteit van 50% te hanteren. Het bleek echter in sommige gevallen (met ons onbekende lampen) dat dit toch te krap was. Om het rekenen makkelijk te maken geven we nu het advies voor 100% overcapaciteit. Bijna zeker zal een overcapaciteit van 75% ook voldoende zijn, maar dat rekent wat moeilijk (niet iedereen rekent makkelijk). En gezien onze prijzen en de grootte van de transformatoren maakt die extra overcapaciteit niet zo heel veel uit, maar de ruime overcapaciteit geeft je wel de gegarandeerde zekerheid dat de combinatie goed werkt. Philips 12 Volt LED lampen Philips heeft een techniek ontwikkeld voor hun 12 Volt LED lampen, waardoor deze goed werken op bestaande transformatoren bedoeld voor halogeen. Punt van aandacht is wel, dat de transformator in dat geval de capaciteit moet hebben om halogeen lampen die de LED lampen vervangen van voldoende vermogen te voorzien. Een rekenvoorbeeld: de LED lamp verbruikt 5 Watt, de halogeen die hij vervangt zou 35 Watt verbruiken. De transformator moet in dat geval berekend zijn op die 35 Watt. Bijgaand een lijst van 12V LED lampen van Philips waarin je terug kan vinden bij verschillende van hun lampen hoeveel er op een bepaalde transformator aangesloten kunnen worden. Wat dan opvalt is dat niet het werkelijk verbruikte vermogen belangrijk is, maar het vermogen van de halogeen lamp die vervangen wordt door de LED Lamp.